高性能 C++ HTTP 客户端原理与实现

一、什么是Http Client

Http协议，是全互联网共同的语言，而Http Client，可以说是我们需要从互联网世界获取数据的最基本方法，它本质上是一个URL到一个网页的转换过程。而有了基本的Http客户端功能，再搭配上我们想要的规则和策略，上至内容检索下至数据分析都可以实现了。

继上一次介绍用Workflow可以10行C++代码实现一个高性能Http服务器，今天继续给大家用C++实现一个高性能的Http客户端也同样很简单！

// [http_client.cc]
#include "stdio.h"
#include "workflow/HttpMessage.h"
#include "workflow/WFTaskFactory.h"

int main (int argc, char *argv[])
{
    const char *url = "https://github.com/sogou/workflow";
    WFHttpTask *task = WFTaskFactory::create_http_task (url, 2, 3,
            [](WFHttpTask * task) { 
                fprintf(stderr, "%s %s %s\r\n",
                        task->get_resp()->get_http_version(),
                        task->get_resp()->get_status_code(),
                        task->get_resp()->get_reason_phrase());
    });
    task->start();
    getchar(); // press "Enter" to end.
    return 0;
}

只要安装好了Workflow，以上代码即可以通过以下命令编译出一个简单的http_client：

g++ -o http_client http_client.cc --std=c++11 -lworkflow -lssl -lcrypto -lpthread

根据Http协议，我们执行这个可执行程序 ./http_client，就会得到以下内容：

HTTP/1.1 200 OK

同理，我们还可以通过其他api来获得返回的其他Http header和Http body，一切内容都在这个 WFHttpTask 中。而因为Workflow是个异步调度框架，因此这个任务发出之后，不会阻塞当前线程，外加内部自带的连接复用，从根本上保证了我们的Http Client的高性能。

接下来给大家详细讲解一下原理～

二、请求的过程

1. 创建Http任务

上述demo可以看到，请求是通过发起一个Workflow的Http异步任务来实现的，创建任务的接口如下：

WFHttpTask *create_http_task(const std::string& url,
                             int redirect_max, int retry_max,
                             http_callback_t callback);

第一个参数就是我们要请求的URL。对应的，在一开始的示例中，我们的重定向次数redirect_max是2次，而重试次数retry_max是3次。第四个参数是一个回调函数，示例中我们用了一个lambda，由于Workflow的任务都是异步的，因此我们处理结果这件事情是被动通知我们的，结果回来就会调起这个回调函数，格式如下：

using http_callback_t = std::function<void (WFHttpTask *)>;

2. 填写header并发出

我们的网络交互无非是请求-回复，对应到Http Client上，在我们创建好了task之后，我们有一些时机是处理请求的，在Http协议里，就是在header里填好协议相关的事情，比如我们可以通过Connection来指定希望得到建立Http的长连接，以节省下次建立连接的耗时，那么我们可以把Connection设置为Keep-Alive。示例如下：

protocol::HttpRequest *req = task->get_req();
req->add_header_pair("Connection", "Keep-Alive");
task->start();

最后我们会把设置好请求的任务，通过 task->start(); 发出。最开始的 http_client.cc 示例中，有一个 getchar(); 语句，是因为我们的异步任务发出后是非阻塞的，当前线程不暂时停住就会退出，而我们希望等到回调函数回来，因此我们可以用多种暂停的方式。

3. 处理返回结果

一个返回结果，根据Http协议，会包含三部分：消息行、消息头header、消息正文body。如果我们想要获取body，可以这样：

const void *body;
size_t body_len;
task->get_resp()->get_parsed_body(&body, &body_len); 

三、高性能的基本保证

我们使用C++来写Http Client，最香的就是可以利用其高性能。Workflow对高并发是如何保证的呢？其实就两点：

• 纯异步；
• 连接复用；

前者是对线程资源的重复利用、后者是对连接资源的重复利用，这些框架层级都为用户管理好了，充分减少开发者的心智负担。

1. 异步调度模式

同步和异步的模式直接决定了我们的Http Client可以有多大的并发度。为什么呢？通过下图可以先看看同步框架发起三个Http任务，线程模型是怎样的：

网络延迟往往非常大，如果我们在同步等待任务回来的话，线程就会一直被占用。这时候我们需要看看异步框架是如何实现的：

如图所示，只要任务发出之后，线程即可做其他事情，我们传入了一个回调函数做异步通知，因此等任务的网络回复收完之后，再让线程执行这个回调函数即可拿到Http请求的结果，期间多个任务并发出去的时候，线程是可以复用的，轻松达到几十万的QPS并发度。

2. 连接复用

我们刚才有提到，只要我们建立了长连接，即可提高效率。为什么呢？因为框架对连接有复用。我们先来看看如果一个请求就建立一个连接，会是什么样的情况：

很显然，占用大量的连接是对系统资源的浪费，而且每次都要做connect以及close是非常耗时的，除了TCP常见的握手以外，许多应用层协议建立连接的过程也会相对复杂。但使用Workflow就不会有这样的烦恼，Workflow会在任务发出的时候自动查找当前可以复用的连接，如果没有才会自动创建，完全不需要开发者关心连接如何复用的细节：

3. 解锁其他功能

当然，除了以上的高性能以外，一个高性能的Http Client往往还有许多其他的需求，这里可以结合实际情况与大家分享：

1. 结合workflow的串并联任务流，实现超大规模并行抓取；
2. 按顺序或者按指定速度请求某个站点的内容，避免请求过猛被封禁；
3. Http Client遇到redirect可以自动帮我做跳转，一步到位请求到最终结果；
4. 希望通过proxy代理访问HTTP与HTTPS资源；

以上这些需求，要求框架对于Http任务的编排有超高的灵活性，以及对实际需求（比如redirect、ssl代理等功能）有非常接地气的支持，这些Workflow都已经实现。

项目地址

https://github.com/sogou/workflow

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